全鵬，方慶紅(沈陽(yáng)化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110142)

摘要：研究自制新型白炭黑對(duì)天然橡膠(NR)性能的影響，并與市售白炭黑進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明：與市售白炭黑NR膠料相比，自制白炭黑NR膠料的硫化時(shí)間縮短，拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率、彈性和耐磨性能較好，生熱較低，耐屈撓龜裂性能相當(dāng);自制白炭黑用量為30份時(shí)膠料綜合性能最佳。

關(guān)鍵詞：白炭黑;天然橡膠;物理性能;耐磨性能;生熱

白炭黑為高度分散狀的無(wú)定形粉末或絮狀粉末，質(zhì)輕，比表面積大，具有很高的補(bǔ)強(qiáng)性、電絕緣性、增粘性、多孔性、吸水性以及懸浮和振動(dòng)液化特性，已廣泛應(yīng)用于橡膠、塑料、造紙、涂料、染料和油墨等領(lǐng)域，尤其在橡膠行業(yè)中，白炭黑以其優(yōu)異的補(bǔ)強(qiáng)性能大量應(yīng)用[1-6]。 白炭黑用于輪胎膠料中，可以有效降低輪胎的滾動(dòng)阻力;用于在彩色橡膠制品膠料中，可以較大幅度提高橡膠制品的強(qiáng)度、耐磨性、耐老化性和耐色變性。

1 .實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料

天然橡膠(NR)，牌號(hào)為0901，西雙版納景陽(yáng)橡膠有限公司產(chǎn)品;新型白炭黑，沸石酸法自制(采用多種分散劑并用以及用有機(jī)酸滴定)，粒徑100～200 nm，粒徑分布均勻，具有補(bǔ)強(qiáng)性能膠料耐磨性能較市售白炭黑好以及膠料溫升低的特點(diǎn);炭黑N330，河北龍星集團(tuán)有限責(zé)任公司產(chǎn)品;其它原材料均為市售品。

　　1.2 試驗(yàn)配方

NR，100;硬脂酸，2;氧化鋅，4;防老劑4010NA，2;機(jī)油，5;硫黃，2.5;促進(jìn)劑NOBS，1.5;促進(jìn)劑TMTD，0.3;偶聯(lián)劑Si69，1;炭黑N330，30;自制或市售白炭黑，變量。

1.3 試樣制備

先將NR加入XK-160型開放式煉膠機(jī)(青島環(huán)球機(jī)械股份有限公司產(chǎn)品)上塑煉，再依次加入硬脂酸、氧化鋅、防老劑、白炭黑、偶聯(lián)劑、炭黑和機(jī)油，最后加入硫黃和促進(jìn)劑，混合均勻后出片，混煉膠放置20 h。膠料硫化在平板硫化機(jī)上進(jìn)行，硫化條件為145 ℃×40 min。

　　1.4 性能測(cè)試

硬度采用XHS型邵爾橡塑硬度計(jì)(營(yíng)口市材料試驗(yàn)機(jī)廠產(chǎn)品)按照GB/T 531.1—2008測(cè)試;拉伸性能采用Instron3365型萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)(美國(guó)因斯特朗公司產(chǎn)品)按照GB/T 528—2009測(cè)試，拉伸速率為500 mm·min-1，測(cè)試溫度為室溫;回彈值采用GT-7042-RE型沖擊彈性試驗(yàn)機(jī)(高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品)按照GB/T 1681—2009測(cè)試;耐磨性能采用GT-7012-A型阿克隆耐磨試驗(yàn)機(jī)(高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品)按照GB/T 1689—1998進(jìn)行測(cè)試;壓縮生熱采用GT-RH-2000型壓縮生熱試驗(yàn)機(jī)按照GB/T 1687—1993測(cè)試，試樣為圓柱形(高度25 mm，直徑17.8 mm)，預(yù)應(yīng)力為1.0 MPa，沖程為5.71 mm，溫度為55 ℃;屈撓龜裂性能采用GT-7011-F型屈撓試驗(yàn)機(jī)(高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品)按照GB/T 13934—2006測(cè)試。

　　2 .結(jié)果與討論

2.1 硫化特性

自制白炭黑與市售白炭黑膠料的硫化特性(145℃)對(duì)比如表1所示。從表1可以看出，自制白炭黑膠料與市售白炭黑膠料的t10和t90相差較大。這是由于無(wú)機(jī)填料的酸堿性對(duì)膠料的硫化特性影響較大，呈酸性的填料阻礙硫化，導(dǎo)致硫化時(shí)間延長(zhǎng);呈堿性的填料促進(jìn)硫化，導(dǎo)致硫化時(shí)間縮短，本研究自制白炭黑呈堿性，而市售白炭黑呈酸性，因此自制白炭黑膠料與市售白炭黑膠料的硫化特性差異較大。

2.2 物理性能

自制白炭黑與市售白炭黑膠料(145 ℃×t90)的物理性能對(duì)比如圖1～4所示。從圖1～4可以看出：隨著白炭黑用量增大，自制白炭黑膠料和市售白炭黑膠料的硬度均呈增大趨勢(shì)，但自制白炭黑膠料硬度小于市售白炭黑膠料;自制白炭黑膠料的拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率和回彈值均先增大后減小，自制白炭黑膠料的拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率和回彈值大于市售白炭黑膠料，這是由于膠料的拉強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率與填料粒徑、分散性以及相容性有關(guān)。本研究自制白炭黑的粒徑小于、分散性和相容性好于市售白炭黑，對(duì)膠料的補(bǔ)強(qiáng)性較好，因此膠料的物理性能較好。

　　2.3 生熱和耐磨性能

自制白炭黑與市售白炭黑的生熱和耐磨性能對(duì)比如圖5和6所示。從圖5和6可以看出，隨著白炭黑用量增大，自制白炭黑膠料和市售白炭黑膠料的生熱均上升，耐磨性能均先降低后提高，但自制白炭黑膠料的生熱低于、耐磨性能優(yōu)于市售白炭黑膠料。

2.4 耐屈撓龜裂性能

自制白炭黑與市售白炭黑的耐屈撓龜裂性能試驗(yàn)結(jié)果為：自制白炭黑和市售白炭黑用量為0～50份時(shí)，膠料屈撓6萬(wàn)次未出現(xiàn)屈撓龜裂現(xiàn)象。這說明自制白炭黑和市售白炭黑在偶聯(lián)劑的作用下與橡注同圖1。

圖5 自制白炭黑與市售白炭黑膠料的生熱性能對(duì)比注同圖1。

圖6 自制白炭黑與市售白炭黑膠料耐磨性能對(duì)比膠的相容性較好，耐屈撓龜裂性能較佳。

3 .結(jié)論

(1)自制白炭黑呈堿性，可以促進(jìn)NR膠料硫化，縮短N(yùn)R膠料硫化時(shí)間，提高NR制品的生產(chǎn)效率。

(2)與市售白炭黑NR膠料相比，相同用量的自制白炭黑NR膠料的拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率、彈性和耐磨性能較好，生熱較低，耐屈撓龜裂性能相當(dāng)。

(3)自制白炭黑用量為30份時(shí)，NR膠料的綜合性能最佳。

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